PÉRDIDAS DE CARBONO ORGÁNICO POR EROSIÓN EN

PÉRDIDAS DE CARBONO ORGÁNICO POR EROSIÓN EN

EDAFOLOGIA, Vol. 10 (2), pp. 221-227, 2003
PÉRDIDAS DE CARBONO ORGÁNICO POR EROSIÓN EN ANDOSOLES FORESTALES DE LAS ISLAS CANARIAS
C.D. ARBELO, A. RODRÍGUEZ RODRÍGUEZ, J.L. MORA, J.A. GUERRA, C.M. ARMAS
Departamento de Edafología y Geología, Facultad de Biología, Universidad de La Laguna,
Avda. Astrofísico Francisco Sánchez s/n 38204 La Laguna, Tenerife, I. Canarias. e-mail: [email protected]
Abstract. The overall objective of this paper is to carry out a first assessment of soil organic carbon
(SOC) loss mechanisms due to water erosion in Canary Islands andosols. The study is performed in experimental erosion plots. The soils are classified as Fulvic Andosols or Ultic Fulvudands. The measured
values of organic carbon (OC) eroded in sediments oscillate around 116±30 gC kg-1, implying losses of
OC bonded to the solid phase of 114 gC m-2año-1. It has been observed that regardless of the aggregate
size fraction eroded, the greatest enrichment ratios (ER) are produced for the non-oxidizable SOC
(OSOC)(ER = 1.12-1.60). The physical protection of OSOC in the larger aggregates and the chemical stabilization of adsorbed SOC (ASOC) in the smaller-sized ones semm to be the main mechanisms of OC
sequestration in these andosols. Moreover, the predominante in the sediments of the apparently more labile forms (OSOC), leads to the assumption that the eroded SOC act in a significant manner as a source of
atmospheric CO2.
Key words: Andosols, soil organic carbon (SOC), adsorbed organic carbon (ASOC), eroded organic
carbon, Canary Islands
Resumen. El principal objetivo de este trabajo es realizar una primera evaluación de las pérdidas de
carbono orgánico en Andosoles de las Islas Canarias, debidas a la erosión hídrica. El estudio de ha llevado a cabo en parcelas de erosión. Los suelos se han clasificado como Andosoles fúlvicos o Fulvudands
últicos. Las cantidades de carbono orgánico (CO) erosionado en los sedimentos oscilan alrededor de
116±30 gC kg-1, lo que suponen unas pérdidas de CO ligadas a la fase sólida de 114 gC m-2año-1. Se ha
observado que cualquiera que se a el tamaño de los agregados que se erosiona preferencialmente, las
mayores relaciones de enriquecimiento (RE) se producen para el carbono difícilmente oxidable (COO)
(RE = 1.12-1.60). La protección física del COO en los agregados de mayor tamaño y la estabilización
química del carbono orgánico adsorbido (COA), en los agregados de menor tamaño, parecen ser los principales mecanismos de secuestro de CO en estos andosoles. Además el predominio en los sedimentos de
las formas aparentemente más lábiles (COO) hacen suponer que el CO erosionado actúa de manera significativa como una fuente de CO2 atmosférico.
Palabras clave: Andosoles, carbono orgánico, carbono orgánico adsorbido, carbono orgánico erosionado, Islas Canarias
222
ARBELO et al.
INTRODUCCIÓN
Aunque se han realizado numerosos
estudios para evaluar el impacto de la erosión
del suelo en la dinámica del carbono orgánico (CO) y en el balance global del carbono
(C) en la naturaleza, existen aún importantes
lagunas en el conocimiento de su importancia, del comportamiento del CO erosionado
como sumidero o fuente de CO2 y en general
del efecto neto de la erosión en la evolución
del CO2 atmosférico (IPCC, 1996, Chilar et
al., 2002).
Dado que la erosión hídrica es un proceso selectivo que moviliza preferencialmente
los componentes edáficos de menor tamaño y
densidad, los sedimentos se enriquecen en
partículas de tamaño limo y arcilla. Que constituyen las reservas más estables de CO, debido a su protección física en el interior de los
agregados (Golchin et al., 1998, Kay, 1998).
Un factor importante en la dinámica posterior del CO movilizado por erosión, es la
naturaleza del mismo en cuanto a su estabilidad (carbono orgánico disuelto, lábil, lentamente oxidable, pasivo o recalcitrante)
(Eswaran et al., 1995), lo que está en estrecha
relación con el grado de complejidad de las
moléculas húmicas (estabilidad bioquímica),
con su posición en los agregados (protección
física) y con el modo de su asociación con
metales y minerales secundarios (estabilización química) (Jastrow and Miller, 1998).
Los andosoles se caracterizan por un elevado contenido en CO atribuido a que la
materia orgánica en estos suelos está estabilizada por minerales con ordenación de corto
alcance, que tienen una elevada superficie
específica (alofana, imogolita, ferrihidrita) o
por formación de complejos Al-humus
(Dahlgren et al, 1993). Son por tanto suelos
con un alto potencial para secuestrar CO2,
aunque se conoce poco aún acerca de la dinámica del carbono en estos suelos y de los
mecanismos que gobiernan la estabilización
de los compuestos orgánicos, aunque si se
sabe que los andosoles muestran una alta
resistencia a la erosión hídrica y que esta baja
erodibilidad está estrechamente relacionada
con las propiedades físicas específicas de los
mismos (Khamsouk et al., 2003, Rodríguez
Rodríguez et al., 2002a).
El objetivo de este trabajo es pues, conocer las pérdidas reales de CO que se producen
por erosión hídrica en los andosoles tras la
deforestación y las formas de CO más afectadas por estas pérdidas y su posible incidencia
en la emisión o secuestro de CO2 atmosférico, en las condiciones ambientales de las
Islas Canarias.
MATERIAL Y MÉTODOS
El estudio se realizó durante 9 años en
parcelas experimentales de 200 m2 (25 x 8 m)
instalados sobre andosoles alofánicos clasificados como Fulvudands últicos (Soil Survey
Staff, 1999) o como Andosoles sili-fúlvicos
en el sistema WRB, 1998.
Las muestras de suelo se tomaron en los
primeros 5 cm en 10 puntos de muestreo distribuidas al azar en el interior de la parcela.
Estas muestras se fraccionaron en tres tamaños de agregados (>2mm, 0.5-2.0 mm, <0.5
mm) por tamizado en seco. Tanto en el suelo
total tamizado por 2 mm como en las tres
fracciones de agregados se determinó:
a) Carbono orgánico total (COT), por el
método de Walkley-Black usando 1.3
como factor de compensación.
b) CO extraíble con una solución 0.1 M
de pirofosfato sódico (Cp). La diferencia entre COT y Cp consideramos que
corresponde a formas de CO lentamente oxidables y no complejadas
(COO).
b) CO extraíble con una solución 0.5 M
de sulfato potásico. La diferencia
entre Cp y el CO extraíble con SO4K2
corresponde al carbono complejado
con las formas activas de Fe y Al
(COA).
PÉRDIDAS DE CARBONO ORGÁNICO POR EROSIÓN EN ANDOSOLES
223
de 120 gC kg-1 (2.4 kgC m-2), del cual un
70.8% (85 gC kg-1) aparece en forma complejada (adsorbida) con la fracción mineral
(COA), un 26.6% (32 gC kg-1) se encuentra
en forma de carbono orgánico lentamente
oxidable y no complejado (COO), un 2.5% (3
gC kg-1) en formas lábiles (COL) y sólo un
0.1% (188 mgC L-1) aparece disuelto en la
solución edáfica (COD) (Tabla 1). Esto significa que la mayor parte del CO en estos suelos se encuentra en forma de complejos relativamente estables con la fracción mineral,
como ya han señalado varios autores
(Dahlgren et al., 1993, Parfitt et al., 1997,
Powers and Schlesinger, 2002).
De acuerdo con los resultados y según la
“composición binaria” acuñada por Mizota
and van Reeuwijk, 1989, la relación
d) Carbono orgánico disuelto (COD) en
el extracto de saturación (sólo en el
suelo total).
e) Feo, Alo, Sio: extraíbles con una solución de oxalato amónico 0.2 M a pH 3.
f) Fep, Alp: extraíbles con una solución
de pirofosfato sódico 0.1 M.
Después de cada evento lluvioso significativo se recogieron y midieron los sedimentos y la escorrentía producidos. Las determinaciones analíticas en los mismos se realizaron siguiendo iguales procedimientos que en
el suelo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El contenido en carbono orgánico total
(COT) en los primeros 5 cm superficiales es
TABLA 1. Formas de carbono orgánico erosionado y en la superficie del suelo
Superficie del suelo
(0-5 cm)
(g kg-1)
Sedimentos (n=14)
Media
(g kg-1)
Escorrentía (n=14)
(mg L-1)
Tasa de enriquecimiento
Total (COT)
120
116±30
—
0.97
Oxidable (COO)
32
63±11
—
1.97
Adsorbido (COA)
85
52±12
—
0.61
Lábi l (COL)
3
1.0±0.7
—
0.33
188
—
12±10
0.06
Disuelto (COD)
Alp/Alo=0.45 indica que un 45% del aluminio activo total se encuentra en forma de
“aluminio activo” en los complejos Alhumus, mientras que el resto se encontraría
en forma de alofana, lo cual está de acuerdo
con el contenido de alofana de estos horizontes superficiales (14%) estimado a partir de
las relaciones atómicas (Alo-Alp)/Sio (Parfitt
and Wilson, 1985, Mizota and van Reeuwijk,
1989).
Por lo tanto podemos asumir que la fracción coloidal activa de estos suelos está
dominada por compuestos con ordenación de
corto alcance tipo alofana y en menor proporción por complejos Al-humus, altamente
resistentes al ataque microbiano, formados
por la interacción del metal con los grupos
funcionales carboxílicos de la materia orgánica (Schnitzer, 1978).
Del seguimiento de la dinámica erosiva
realizada en las parcelas de erosión se desprende que la generación de escorrentía en
estos suelos es relativamente baja, con valores medios del 13% (86 L m-2año-1), no superando nunca el 45%, lo cual pone de manifiesto la elevada capacidad de infiltración de
224
ARBELO et al.
900
35
30
700
Precipitaciones
25
600
500
20
400
15
300
10
200
5
100
0
Escorrentía y pérdidas de suelo
800
0
1993
1994
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001
Precipitaciones (mm)
Pérdidas de suelo (Tm ha-1 )
Escorrentía (%)
FIGURA 1.Pérdida de suelo, escorrentía(%) y pluviometría. Años 1993–2001.
los andosoles, al menos en los horizontes
superficiales. Esto trae consigo una baja pérdida de suelo por erosión laminar, con un
valor medio interanual de 9.6 Tm ha-1año-1,
aunque pérdidas de hasta 317 Tm ha-1 pueden
tener lugar durante determinados eventos
pluviométricos. La Figura 1 muestra la distribución interanual durante los 9 años del estudio de la pluviometría, la erosión y la escorrentía
En la Tabla 2 puede observarse que la
fracción arcilla es la fracción granulométrica
más fácilmente erosionada en estos suelos,
aunque no en estado disperso sino constituyendo pequeños agregados granulares y grumosos de alta estabilidad, de tal modo que
más del 36% de los sedimentos están constituidos por agregados de tamaño inferior a 0.5
mm. Así valores de la relación de enriquecimiento superiores a 1 sólo se observan para la
fracción arcilla (RE = 2.02) y para las fracciones de agregados de tamaño inferior a 2
mm y en particular para aquellos < 0.5 mm
(RE = 2.34). Se observa pues una clara tendencia a erosionarse más fácilmente los agregados de menor tamaño.
TABLA 2. Propiedades físicas de la superficie del suelo y sedimentos
Superficie del suelo
(0-5 cm)
(g kg-1)
Sedimentos (n=14)
Media (g kg-1)
Tasa de
enriquecimiento
Arcilla
190
383±39
2.02
Limo
714
572±47
0.80
Arena
63
47±12
0.75
>2.0
502
268±14
0.53
0.5-2.0
350
357±21
1.02
<0.5
156
365±37
2.34
Arcilla, limo y arena dispersos
—
30±8
—
Granulometría
Fracciones de agregados según tamaño (mm)
PÉRDIDAS DE CARBONO ORGÁNICO POR EROSIÓN EN ANDOSOLES
El contenido en COT de los sedimentos
oscila entre 86 y 145 g kg-1 (116 ± 30 g kg-1)
(Tabla 1), lo que supone unas pérdidas de CO
por erosión, ligadas a la fase sólida, que varían entre 0.1 y 3.1 g m-2, dependiendo de la
cantidad de sedimentos generados en cada
evento, ya que no parece existir relación entre
la cantidad de CO perdido en los sedimentos
y la concentración de COT en los mismos, ya
que ésta depende más de las fracciones que
en mayor cantidad se erosionan en cada evento. Si tenemos en cuenta que las tasas de erosión medidas señalan una producción media
de sedimentos de 0.91 kg m-2 año-1, las pérdidas anuales de CO originadas por la erosión y
ligadas a la fase sólida son de 114.4 gC m-2
año-1.
El valor de la relación de enriquecimiento en CO en los sedimentos está próximo a 1,
lo que indica la baja selectividad del proceso
225
de erosión en cuanto al carbono orgánico. La
concentración de COD en la escorrentía es
también variable en los diferentes eventos (245 mg L-1), lo que suponen unas pérdidas de
COD oscilando entre 0.8 y 18.0 mg m-2,
dependiendo de la escorrentía generada en
cada evento y de la concentración de la
misma. La generación de escorrentía tiene un
valor medio de 85.8 L m-2año-1, lo que significan pérdidas de carbono orgánico en disolución de 1.03 gC m-2año-1. Cuando comparamos las formas de carbono orgánico presentes en la superficie del suelo y en los sedimentos erosionados, se observa que los sedimentos se enriquecen principalmente en las
formas de CO más difícilmente oxidables
(COO) (RE = 1.97), mientras que la proporción de COA, COL y COD es mucho menor
(Figura 2).
FIGURA 2.Formas de carbono orgánico en la superficie del suelo y en los sedimentos
Parece existir una cierta contradicción en
estos resultados, ya que si la fracción más
fácilmente erosionable es la de agregados de
tamaño inferior a 0.5 mm y en esta fracción
predominan las formas de COA, parecería
lógico pensar que los sedimentos se enrique-
cerían en COA, lo cual no es el caso, sino que
lo hacen en COO, lo que parece indicar que
los agregados de tamaño <0.5 mm predominantes en los sedimentos con una relación de
enriquecimiento de 2.34 no corresponden
exactamente a los agregados del mismo
226
ARBELO et al.
tamaño presentes en el suelo, sino a fragmentos de los agregados mayores y por tanto con
un alto contenido de COO (69 ± 10 g kg-1), lo
cual confirma que la erosión en estos suelos
parece comenzar mediante un desprendimiento de la superficie de los agregados
mayores, debido al impacto de las gotas de
lluvia, de pequeños fragmentos (0.1-0.2 mm)
que son arrastrados por el flujo laminar
(Rodríguez Rodríguez, 2002 a, b).
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos indican que en
estos suelos se producen unas pérdidas
importantes de CO por erosión (114.4 gC m-2
año-1) fundamentalmente ligadas a la fase
sólida, ya que las pérdidas de COD en las
aguas de escorrentía son despreciables (1.03
gC m-2año-1). Si bien en la superficie del
suelo predominan las formas de CO complejadas en forma de complejos alofana-Alhumus y Al-humus (COA) (71% del COT),
en los sedimentos el predominio corresponde
al CO lentamente oxidable y no complejado
(COO) (54%). Estos resultados indican que
una parte sustancial de los sedimentos la
constituyen agregados pequeños (<0.5 mm)
en forma de fragmentos desprendidos de los
agregados mayores a causa del impacto de las
gotas de lluvia. Estos agregados de tamaño
suoperior a 2 mm son los predominantes en la
superficie del suelo con un alto contenido de
COO ocluido en el interior de los mismos. La
encapsulación física del COA en los agregados mayores y la estabilización química del
COA por complejos alofana-Al-humus y Alhumus en los agregados más pequeños, parecen ser los principales mecanismos de acumulación de CO en este tipo de andosoles. El
hecho de que las formas más lábiles y teóricamente más fácilmente mineralizables
(COO) constituyan una fracción despreciable
del CO erosionado, hacen pensar que en estos
suelos la mineralización del CO removido
por erosión laminar sea una fuente importante de CO2 atmosférico.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido realizado en el marco
del Convenio “Contribución española al
desarrollo de la Convención de las Naciones
Unidas de Lucha contra la Desertificación: I.Red de cuencas y parcelas experimentales de
seguimiento y evaluación de la erosión y
desertificación de la Universidad de La
Laguna” entre el Ministerio de Medio
Ambiente y la Universidad de La Laguna.
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